新冠病毒（severe acute respiratory syndrome coronavirus 2, SARS-CoV-2）引發(fā)的新冠肺炎（coronavirus disease 2019, COVID-19）疫情目前仍在全球肆虐。研究表明，病毒引起的異常炎癥反應(yīng)與COVID-19疾病進(jìn)展密切相關(guān)。在病毒感染過(guò)程中，病毒會(huì)誘導(dǎo)機(jī)體免疫系統(tǒng)產(chǎn)生趨化因子及炎癥因子，招募免疫細(xì)胞清除病毒。然而，在部分患者中，病毒介導(dǎo)的免疫反應(yīng)會(huì)過(guò)度激活，導(dǎo)致嚴(yán)重的炎癥反應(yīng)，并產(chǎn)生“炎癥因子風(fēng)暴”，造成組織損傷，多器官衰竭，甚至患者死亡。因此，探究新冠病毒引起過(guò)度炎癥的途徑及機(jī)制，并以此為基礎(chǔ)減輕新冠病毒引起的炎癥反應(yīng)，有望改善患者臨床預(yù)后。然而，新冠病毒感染過(guò)程中激活宿主炎癥反應(yīng)的具體分子機(jī)制目前尚不明確。
核衣殼（N）蛋白是冠狀病毒中含量和保守性最高的蛋白，是病毒粒子的核心成分。N蛋白不僅能識(shí)別病毒RNA并將其包裝成核糖核蛋白（RNP）復(fù)合體，還能通過(guò)與病毒或宿主蛋白結(jié)合，參與病毒轉(zhuǎn)錄、復(fù)制、免疫調(diào)節(jié)等多個(gè)進(jìn)程。近數(shù)月內(nèi)，國(guó)內(nèi)外多個(gè)研究組發(fā)現(xiàn)新冠病毒N蛋白能與病毒RNA形成“液-液相分離”這一現(xiàn)象1-4。“液-液”相分離（LLPS）是在生命科學(xué)領(lǐng)域迅速發(fā)展起來(lái)的新概念。在一定條件下，溶液中的生物大分子會(huì)因相互作用而高度聚集濃縮，從普通溶液相中分離出來(lái)，形成獨(dú)立而粘稠的液體相（LLPS液滴）。生物大分子相分離被認(rèn)為是介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)無(wú)膜細(xì)胞器及無(wú)膜顆粒形成的重要機(jī)制。LLPS相繼被發(fā)現(xiàn)參與基因調(diào)控、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)、應(yīng)激反應(yīng)等多個(gè)關(guān)鍵細(xì)胞進(jìn)程，并迅速成為生命科學(xué)領(lǐng)域的研究前沿。那么新冠病毒N蛋白形成的LLPS是否參與病毒介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)進(jìn)程呢？
我校生命科學(xué)學(xué)院崔雋教授團(tuán)隊(duì)和廣州醫(yī)科大學(xué)呼吸疾病國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙金存教授團(tuán)隊(duì)合作，該研究在新冠病毒N蛋白與病毒RNA結(jié)合形成LLPS的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究了新冠病毒N蛋白LLPS與宿主炎癥反應(yīng)的關(guān)聯(lián)情況，揭示了新冠病毒利用N蛋白LLPS促進(jìn)宿主NF-κB通路的過(guò)度活化及炎癥反應(yīng)的分子機(jī)制。
此前，崔雋教授團(tuán)隊(duì)及國(guó)內(nèi)外不同團(tuán)隊(duì)的研究成果表明，新冠病毒中多個(gè)蛋白參與抑制宿主固有免疫反應(yīng)5-8。本研究發(fā)現(xiàn)，與過(guò)去具有負(fù)向調(diào)控宿主免疫的病毒蛋白不同，新冠病毒的N蛋白能在病毒感染后期促進(jìn)宿主的炎癥反應(yīng)，這可能與新冠病毒引起的細(xì)胞因子風(fēng)暴相關(guān)。進(jìn)一步機(jī)制研究表明，新冠病毒N蛋白能招募NF-κB通路中的關(guān)鍵激酶TAK1及IKKβ，促進(jìn)TAK1與IKKβ的相互作用，并激活I(lǐng)KKβ磷酸化。通過(guò)促進(jìn)TAK1與IKKβ相互結(jié)合，N蛋白促進(jìn)宿主NF-κB通路的激活，誘導(dǎo)細(xì)胞分泌大量促炎性細(xì)胞因子，包括IL-6、IL-1β、IL-8和TNFα等。
進(jìn)一步研究表明，新冠病毒的N蛋白能結(jié)合病毒單鏈及雙鏈的RNA并形成“液-液相分離聚集體”。細(xì)胞內(nèi)及體外重構(gòu)實(shí)驗(yàn)表明，病毒RNA-N蛋白相分離聚集體能招募TAK1及IKKβ，并把TAK1與IKKβ帶入RNA-N蛋白聚集體中。而RNA-N蛋白的相分離具有一定選擇性，RNA-N蛋白能把TAK1帶入相分離聚集體內(nèi)，形成激活核心，同時(shí)把IKKβ結(jié)合在相分離液滴的外圍，形成特殊的外環(huán)結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)可能增大IKKβ與下游分子的結(jié)合面積，并增強(qiáng)IKKβ的激酶活性（如圖）。此外，使用1,6己二醇（LLPS抑制劑）處理抑制N蛋白相分離形成，不僅減弱病毒感染過(guò)程中TAK1與IKKβ的相互作用，而且能抑制新冠病毒感染抑制的炎癥反應(yīng)及炎癥因子釋放。
圖：新冠病毒核衣殼（N）蛋白通過(guò)形成LLPS招募TAK1及IKKβ促進(jìn)宿主NF-κB通路過(guò)度激活：a-b，純化新冠病毒N蛋白、TAK1及IKKβ，體外重構(gòu)相分離體系；c，細(xì)胞內(nèi)新冠病毒N蛋白促進(jìn)TAK1與IKKβ形成的“LLPS液滴”；d，新冠病毒N蛋白通過(guò)LLPS促進(jìn)NF-κB通路機(jī)制示意圖。
綜上所述，該研究發(fā)現(xiàn)了新冠病毒及編碼的N蛋白對(duì)宿主NF-κB通路及炎癥反應(yīng)的促進(jìn)作用，揭示了N蛋白通過(guò)LLPS招募NF-κB關(guān)鍵激酶TAK1及IKKβ并形成相分離復(fù)合體的分子機(jī)制，并為新冠肺炎治療提出靶向相分離的新型抑炎策略。
該研究在Signal Transduction and Targeted Therapy雜志中發(fā)表了題為“RNA-induced liquid phase separation of SARS-CoV-2 nucleocapsid protein facilitates NF-κB hyper-activation and inflammation”的學(xué)術(shù)研究。中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院崔雋教授，廣州醫(yī)科大學(xué)呼吸疾病國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室趙金存教授為本項(xiàng)工作的共同通訊作者。中山大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院伍耀星副研究員、馬凌博士、蔡思慧碩士和廣州醫(yī)科大學(xué)呼吸疾病國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室莊珍博士為該論文的共同第一作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等項(xiàng)目資助。
